论文摘要
随着多媒体技术和网络技术的迅速发展,数字图像处理被广泛地应用到各个领域中,人们对图像处理也提出了越来越高的要求。仅依靠软件实现的图像处理已经无法满足实时性、高效性等需求。另一方面,微电子技术的高速发展,使基于各种硬件平台的数字图像处理更显优势。本课题针对基于FPGA的数字图像处理方法进行了有益的研究,为后继开展以FPGA为核心的实时图像处理系统的应用开发以及新型数字图像处理算法的硬件设计奠定了基础。文中首先介绍了数字图像处理的相关知识及基本算法,并使用Verilog硬件描述语言实现了直方图均衡化、中值滤波、卷积运算、边缘检测和小波变换等基本算法的逻辑设计。本文在中值滤波的设计中选用的快速算法,以及在卷积运算中采用的树型移位相加乘法器,都发挥了FPGA并行处理的优势,这极大地节省了硬件资源,提高了处理速度。本文首先在MATLAB中实现了各算法的软件仿真,并以其结果作为参照,在Quartus II软件平台上进行各算法的逻辑设计。两种平台的仿真结果对比表明,针对同一幅图像,Quartus II的硬件仿真与MATLAB的软件处理得到的图像数据几乎一致。最后,本文还设计了以FPGA为核心的图像处理实验板,对仿真正确的各种算法逻辑进行了基于硬件平台的实验验证和性能分析。实验结果表明,使用FPGA进行图像处理,不仅能够获得很好的处理效果,而且处理速度也远远高于软件方法的处理效率,达到较高的工作频率,从而满足实时图像处理的要求。
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摘要Abstract第1章 绪论1.1 课题背景1.2 数字图像处理实现平台1.3 基于FPGA的图像处理发展现状1.4 本文主要研究内容及结构第2章 数字图像处理技术2.1 数字图像的表示方法2.1.1 灰度图像的阵列表示法2.1.2 二值图像表示法2.2 数字图像处理的主要研究内容2.2.1 图像变换2.2.2 图像增强与复原2.2.3 图像编码2.2.4 图像分割2.2.5 图像描述2.2.6 图像分类2.3 数字图像处理的基本算法2.3.1 窗的概念2.3.2 直方图均衡化2.3.3 滤波2.3.4 卷积2.3.5 边缘检测2.3.6 小波变换2.4 本章小结第3章 FPGA技术介绍3.1 FPGA技术3.1.1 FPGA的发展3.1.2 FPGA的基本原理3.1.3 FPGA的优点3.2 硬件描述语言3.2.1 硬件描述语言简介3.2.2 Verilog HDL简介3.3 基于Quartus II的FPGA开发3.3.1 Quartus II开发平台3.3.2 FPGA开发流程3.3.3 Quartus II实现图像处理逻辑仿真的关键技术3.4 本章小结第4章 数字图像处理算法的FPGA实现4.1 3×3 方形窗的实现4.2 直方图均衡化的实现4.2.1 直方图统计4.2.2 直方图累加与映射4.2.3 直方图均衡化的整体模块4.3 快速中值滤波的实现4.4 卷积的实现4.5 边缘检测的实现4.6 小波变换的实现4.6.1 边界延拓4.6.2 小波变换逻辑设计4.6.3 四级小波变换仿真4.7 本章小结第5章 硬件环境及结果分析5.1 实验板设计5.2 实验及分析5.2.1 直方图均衡化分析5.2.2 快速中值滤波分析5.2.3 卷积分析5.2.4 边缘检测分析5.2.5 小波变换分析5.3 本章小结结论参考文献攻读学位期间发表的学术论文致谢
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